AFFRIT資源を利用した成果・利用事例紹介

No.	成果・利用事例
34	仮想森林環境における深層学習を用いた3次元点群に対する立木検出とパラメータ推定（森林研究・整備機構　中込広幸）　現在,林業機械による伐木作業を自動化するため3D-LiDARと深層学習を用いた3次元物体検出手法を開発している。これまでの研究において,ゲームエンジンで作成した仮想森林環境により効率的に教師データを作成し,得られた教師データで学習した3次元物体検出モデルを用いて,点群から立木の検出および3次元位置,直径の推定を試みた。しかし我が国の森林は傾斜地に多く存在することから傾斜地に対応する必要があるため,本研究においてDEM（Digital Elevation Model）をメッシュに変換し仮想森林環境に取り込むことで傾斜地を再現した教師データを取得し,傾斜地における点群から立木の3次元位置,直径,および新たに傾きの推定を試みる。関連情報：森林利用学会第31回学術研究発表会講演要旨集利用資源：科学技術計算システム AI用計算ノード
33	仮想森林を用いた深層学習による点群からの立木検出手法の開発（森林研究・整備機構　中込広幸）　伐木作業を行う林業機械を自動化するため，伐木対象の立木を検出する手法が必要となっている。遠距離の点群測定が可能である3D-LiDAR を使用した手法が望ましいが，伐木用林業機械に3D-LiDAR を搭載する場合，点群を測定する方向が限定されるため，立木の背面の点群を取得することができず，また，下層植生や他の立木によって検出対象の立木や周辺の地面が遮蔽され，立木検出に必要な点群が不足する。そこで本研究では，ゲームエンジンにより仮想的な森林環境を構築することで，点群の不足を再現した教師データを効率よく生成し，深層学習におけるネットワークの学習に用いる。これにより点群の不足時においても立木を検出し，検出した立木の3 次元位置および胸高直径を推定可能な手法を提案する。評価として，実際の森林環境において点群，立木の3 次元位置および胸高直径の真値を取得し，立木の検出精度および立木の3 次元位置および胸高直径の推定精度を算出した。提案手法では3D-LiDAR に対する距離の増加による適合率および再現率の低下を抑制することが可能であり，提案手法の有効性が示すことができた。関連情報：・掲載論文 https://doi.org/10.18945/jjfes.39.129 ・仮想森林を用いた深層学習による点群からの立木検出手法の開発利用資源：科学技術計算システム AI用計算ノード
32	モデル針葉樹スギ（Cryptomeria japonica D. Don）の染色体レベルゲノムアセンブリ：A chromosome-level genome assembly of a model conifer plant, the Japanese cedar, Cryptomeria japonica D. Don （森林研究・整備機構　上野真義）　スギ（Cryptomeria japonica D. Don）は、日本の人工林の約44%を占める重要な針葉樹であり、東アジアやインド洋の一部地域などにも植栽される有用な樹木である。約9Gbpに及ぶ巨大なゲノムと膨大な繰り返し配列がゲノム解読の障壁となっていた。スギは挿し木による繁殖や、ジベレリンの葉面散布による開花誘導が可能なため、遺伝学的研究が他の針葉樹よりも容易である。またアグロバクテリウム法による遺伝子導入やCRISPR/Cas9によるゲノム編集が可能なことから、モデル針葉樹として有望である。本研究では、スギの染色体レベルのゲノムアセンブリを初めて構築した。自殖第三世代の系統の針葉組織から高分子量（50 kbp以上）のDNAを抽出し、高精度の長鎖DNA配列データを収集、全長9.1Gbpのゲノム（コンティグ）を構築した。さらに構築したコンティグの相互関係を解読し、染色体レベルの配列（スキャフォールド）を構築した。本アセンブリは、スギを含む針葉樹の研究で重要な研究基盤として活用できる。科学技術計算システムはゲノム配列のアノテーション、発現遺伝子の解析や相同性探索などで利用した。関連情報：・掲載論文：BMC Genomics A choromosome-level genome assembly of a model conifer plant, the Japanese cedar, Cryptomeria japonica 利用資源：・汎用計算ノード・ワーク用高速ファイルシステム・共有ファイルシステム
31	環状二核ロジウム錯体の配座安定性の起源（農業・食品産業技術総合研究機構　林　宣之）　 Dirhodium(II) tetrakis[N-phthaloyl-(S)-tert-leucinate]とそのハロゲン誘導体は二核の金属中心と4つの配位子からなる有機金属錯体であり、これまで金属カルベンを経由する有機反応の触媒として用いられてきました。これらの錯体の内、幾つかの結晶構造（集合分子構造）については、X線構造解析によって全ての配位子が同一方向を向くことが知られていますが、そのような配座構造が安定化される合理的な説明はなされておらず、さらに非結晶中の構造（単一分子構造）の詳細は不明でした。本研究では、密度汎関数理論を用いて、真空中および溶液中におけるこれらの錯体の配座安定性とその起源の解明に取り組みました。　その結果、これらの錯体は非結晶中においても、全ての配位子が同一方向を向く配座が最も安定であり、それは隣接する配位子間の交換反発による不安定化よりも電荷移動相互作用による安定化が勝るためであることが明らかになりました。また、このC4対称性環状構造の優れた安定性は、ホスト分子としてのこれらの錯体の新たな利用の可能性を示唆しています。関連情報：・掲載論文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.3c07880 利用資源：・Gaussian16 ・GaussView6 ・MOE ・汎用計算向けノード
30	雪崩発生区における積雪の空間的な特徴の推定：2021年に日本の野谷庄司山で発生した極端な事例（森林研究・整備機構　勝山祐太）雪崩の発生要因を調べるためには、発生域の積雪調査を迅速に行う必要がありますが、危険を伴うため人が立ち入って現地調査を行うことは困難でした。また、大規模な雪崩の場合は、発生域が広大なため、たとえ人が立ち入れたとしても限定的な現地調査に留まっていました。そこで、安全に現地調査を行うことのできる雪崩発生翌年以降にドローンを使った積雪観測を行い、それに基づくコンピュータシミュレーションを行うことで、雪崩発生当時の詳細な積雪状態を推定しました。関連情報：論文1：https://www.fujipress.jp/jdr/dr/dsstr001800080895/ 利用資源・汎用計算ノード・SNOWPACK
29	ラフィノース合成酵素２の活性を欠損したダイズ系統（農研機構　前田美紀、戸田恭子、加賀秋人）ダイズ種子中に存在するラフィノース関連オリゴ糖（RFOs）は、含有量が多い方がヒトにおける腸内環境を整える機能性食品の観点において有利である。一方で世界的な主要利用用途である飼料用ダイズの観点からは、RFOsが少ない方が家畜が利用できるエネルギーが大きくなり有利である。このような背景からRFOs含量に特徴的なダイズ系統は有用な遺伝資源となりうる。我々は農業生物資源ジーンバンクに保存されている171のダイズ系統についてRFO含量を調べたところ顕著にRFOs含量が低い系統を発見した。一塩基多型（SNP）解析からこの系統はラフィノース合成酵素２（RS2）遺伝子上にフレームシフトが生じていることが明らかとなり、蛋白質の予測構造からこのフレームシフトにより活性部位を完全に欠損している貴重な系統であることが推定された。関連情報：論文1：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsomega.3c04585 利用資源：MOE
28	ゲームエンジンと深層学習を用いた立木の検出（森林研究・整備機構　中込広幸）伐木作業を行う林業機械を自動化するため、伐倒対象の立木を検出する手法が必要となっている。遠距離の点群測定が可能である 3D-LiDAR の使用が望ましいが、単方位から取得した点群は下層植生等に遮蔽され、立木検出に必要な幹や地面等の点群が不足する。そこで、深層学習により不足した点群でも立木検出を可能とし、さらに、学習に必要な教師データをゲームエンジンで構築した林内にて取得することで、実測による教師データ収集が不要な立木検出手法を提案する。関連情報：森林利用学会第30回学術研究発表会講演要旨(PDF) 利用資源：科学技術計算システム AI用計算ノード
27	低線量放射線の遺伝的影響評価手法の開発（森林研究・整備機構　上野真義）福島第一原子力発電所事故に由来する低線量放射線による樹木次世代での遺伝的なリスクを簡易に評価する方法を開発した。DNAの遺伝情報（塩基配列）は、親世代から次世代に正確に伝達されるが、ごくまれに、次世代で親世代とは異なる塩基配列が見つかる場合（突然変異）がある。汎用向け計算ノードにおいて親と次世代の215ペア間で塩基配列を比較して、帰還困難区域（2018年当時）の内外に生育する樹木のDNA塩基配列の突然変異を解析した。その結果、突然変異の有無にはサンプルを採取した場所や枝といった個々の環境の影響を受ける傾向があったものの、空間線量率や放射性セシウムの蓄積量といった放射線被ばくに関連した影響は見られないことを示した（論文1）。大量のDNA塩基配列データの処理、突然変異の検出や塩基配列の相同性検索において、科学技術計算システムが利用された。関連情報・論文1：https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107893 利用資源・汎用向け計算ノード・ワーク用高速ファイルシステム・共有ファイルシステム
26	生物多様性の保全に配慮した森林管理手法の開発（森林研究・整備機構　山浦悠一）生物多様性の保全と木材生産の両立を効率的に図るため、複雑な景観における生物の移動を電流に見立て、生物集団の動態を扱う新たなモデルを開発した。分散並列型クラスタシステムを用いてこのモデルのシミュレーションを行ない、生物多様性の保全に配慮した森林の管理は保護区の周辺で実施し、保護区同士を連結させると便益が大きいと予測された（論文1）。また、針葉樹人工林で生物多様性の保全に配慮する場合、天然更新した広葉樹を伐採せずに残す（保持する）ことは費用対効果が高いと期待されることを、大規模操作実験で得られたデータに新たな統計手法を当てはめることにより示した（論文2）。分散並列型クラスタシステムは新たな手法を含む一連の統計手法の性能評価に用いた。関連情報・論文1：https://doi.org/10.1111/1365-2664.14122 ・論文2：https://doi.org/10.1002/eap.2802 利用資源・分散並列型クラスタシステム
25	渋味を検知する蛍光分子型センサ（農業・食品産業技術総合研究機構　林　宣之）・分子型味センサは分析試薬の一種です。センサ物質を試料溶液に添加して使用します。・本研究で開発された分子型味センサは、渋味物質であるカテキン類と複合体を形成します。この時に生じる蛍光スペクトル強度の変化量から、カテキン類を含む試料の渋味の強さを推定することができます。・蛍光の強度は一般的な蛍光分光光度計を用いて簡便に測定することができます。・本法を緑茶浸出液の渋味評価に適用したところ、ヒトの官能による評価とよく一致することが確認されました。関連情報・掲載論文：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/AN/D2AN00990K 利用資源・汎用計算向けスーパーコンピュータ・分散並列型クラスタシステム・大規模共有メモリ型システム・Gaussian16 ・GaussView 6 ・MOE
24	Large-ensemble climate simulations to assess changes in snow stability over northern Japan （森林研究・整備機構　勝山祐太） Information: 　Journal of Glaciology , First View , pp. 1 - 14 　DOI:https://doi.org/10.1017/jog.2022.85 Creative Commons: 　This is an Open Access article, distributed under the terms of the Creative Commons Attribution licence (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted re-use, distribution and reproduction, provided the original article is properly cited. Copyright: 　Copyright © The Author(s), 2022. Published by Cambridge University Press on behalf of The International Glaciological Society 利用資源・科学技術計算システム汎用計算ノード
23	私がスーパーコンピューターを利用するまで成果パネル（PDF:713KB）利用資源・分散並列型クラスタシステム
22	トドマツ遺伝子データベース(TodoFirGene) 成果パネル（PDF:760KB）利用資源・分散並列型クラスタシステム
21	世界の増加する食料需要を満たすためには気候変動に適応した穀物生産技術がますます重要に利用資源・分散並列型クラスタシステム
20	拡張版日本海海況予測システム（JADE2）成果パネル (PDF:1271KB) 利用資源・分散並列型クラスタシステム
19	数値モデルによるマイワシ回遊経路の推定成果パネル（PDF:343KB）利用資源・分散並列型クラスタシステム
18	数値流体力学を用いた青果物包装容器内の空気の流れ解析成果パネル（PDF:280KB）　　利用資源・アプリケーションサーバ（流体解析アプリケーション FLUENT, Gambit）
17	気温や降水量が作物収量に与える影響とその時間変化成果パネル（PDF:426KB）　　利用資源・高速クラスタ演算システム
16	歴史的農業環境閲覧システム (HABS) 農業環境技術研究所・明治初期から中期にかけて関東地方を対象に作成された「迅速測図」と、現在の道路、河川、土地利用図とを比較することにより、農村を取り巻く環境の歴史的な変化が閲覧できます。・農業活動により管理されていた里地里山の明治初期の土地利用と、現在の土地利用を比較することで、関東地方の生物多様性の変化などの基礎資料としての活用が期待できる。利用資源・バーチャルラボサーバ関連情報・プレスリリース　http://www.niaes.affrc.go.jp/techdoc/press/080416/press080416.html ・モデル結合型作物気象データベース(MeteoCrop DB) http://habs.dc.affrc.go.jp/ 成果パネル（PDF:333KB）
15	Google Earthで衛星画像と地図を重ねて表示ができる SIDaB on Google Earth 成果パネル（PDF:581KB）　　利用資源・衛星データ（MODIS）
14	牛にGPSをつけて合理的な放牧システムを成果パネル（PDF:613KB）利用資源・アプリケーション（ArcGIS）
13	観測頻度が高い衛星センターで水稲栽培地帯と栽培暦を推定成果パネル (PDF:425KB）利用資源・衛星データ（MODIS）
12	インターネットを利用した3DMET 生体内分子の三次元構造データベース http://www.3dmet.dna.affrc.go.jp/ 農業生物資源研究所　インターネットで簡単な操作により、部分構造と物性値から類似分子を検索し、分子の立体構造と物性値を閲覧することができる。成果パネル（PDF:424KB）利用資源・アプリケーションサーバ（分子モデリングアプリケーション MOE）
11	1km メッシュ単位で推定した農業統計のデータベース化 http://www.niaes.affrc.go.jp/sinfo/result/result24/result24_42.html 農業環境技術研究所　農林業センサスなどの農業統計データは市町村などの行政区画単位で集計されていますが、集水域などの自然の区画は行政区画とは異なった形状であることがほとんどです。そのため、農業環境研究において、農業統計データを自然環境のデータと組み合わせて解析することが困難でした。そこで、自然の区画に合わせて集計しやすい1km メッシュ単位の農業統計データに変換し、いろいろな目的に利用できるようにデータベース化を行いました。成果パネル（PDF:186KB）　　利用資源・共通基礎数値データ（農林水産統計データ、農林業センサス）
10	中国黒龍江省を対象とした水田分布とその変化の把握 http://www.jircas.affrc.go.jp/kankoubutsu/seika/seika2008/2008_03.html 国際農林水産業研究センター　農林水産研究情報総合センターが運用する農林水産衛星画像データベース(SIDaB)による、大気の影響などを補正し、黒龍江省域を切り出したMODISデータを用いました。そして、水田は水稲の移植からその直後で湛水した状態になっていますが、そうした状態の広がりをデータが表す地表面の光の反射の状態から推定し、水田面積を算定するスキームを開発しました。成果パネル（PDF:705KB）利用資源・衛星データ（MODIS）
09	日本海海況予測システムＪＡＤＥ日本海の海況を数値化モデルで予測　これまで、海況の把握は調査船による現場観測に多くを依存してきましたが、日本海を広くカバーするのは困難であり、観測回数も限られていました。本システムにより、日本海における時空間的に空白のない海況把握が可能となり、スルメイカ等の重要水産資源の変動要因の解析をはじめとして、水産資源の分布把握や大型クラゲの漂流予測など水産海洋環境の研究に広く寄与するほか、漁業者や海を利用する一般の方々にも有用な情報を提供できます。成果パネル（PDF:215KB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・衛星データ（NOAA 海面水温データ）・高速メモリアクセス演算システム（SX-9, 数値海況予測モデル）・バーチャルラボシステム関連情報・日本海海況予測システム HP： http://jade.dc.affrc.go.jp/jade/ ・日本海におけるエチゼンクラゲの回遊予測シミュレーション： seika-kurage-kaiyuu-070406.pdf ・スルメイカの分布情報をリアルタイムで提供する： seika-surumeika-1.pdf
08	日本海におけるエチゼンクラゲ（Nemopilema nomurai）の回遊予測シミュレーション水産総合研究センター日本海区水産研究所 (日本海の海況を数値化モデルで予測) 　これまで、海況の把握は調査船による現場観測に多くを依存してきましたが、日本海を広くカバーするのは困難であり、観測回数も限られていました。本システムにより、日本海における時空間的に空白のない海況把握が可能となり、スルメイカ等の重要水産資源の変動要因の解析をはじめとして、水産資源の分布把握や大型クラゲの漂流予測など水産海洋環境の研究に広く寄与するほか、漁業者や海を利用する一般の方々にも有用な情報を提供できます。成果パネル（PDF:335kB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・衛星データ（NOAA 海面水温データ）関連情報日本海海況予測システム HP： http://jade.dc.affrc.go.jp/jade/ 日本海におけるエチゼンクラゲの回遊予測シミュレーション： seika-kurage-kaiyuu-070406.pdf スルメイカの分布情報をリアルタイムで提供する：seika-surumeika-1.pdf
08	スルメイカの分布情報をリアルタイムで提供する：リアルタイム人工衛星情報の水産業への応用事例（日本海のスルメイカ）水産総合研究センター日本海区水産研究所 (日本海の海況を数値化モデルで予測) 　これまで、海況の把握は調査船による現場観測に多くを依存してきましたが、日本海を広くカバーするのは困難であり、観測回数も限られていました。本システムにより、日本海における時空間的に空白のない海況把握が可能となり、スルメイカ等の重要水産資源の変動要因の解析をはじめとして、水産資源の分布把握や大型クラゲの漂流予測など水産海洋環境の研究に広く寄与するほか、漁業者や海を利用する一般の方々にも有用な情報を提供できます。成果パネル（PDF:918kB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・衛星データ（NOAA 海面水温データ）関連情報・日本海海況予測システム HP： http://jade.dc.affrc.go.jp/jade/ ・日本海におけるエチゼンクラゲの回遊予測シミュレーション： seika-kurage-kaiyuu-070406.pdf ・スルメイカの分布情報をリアルタイムで提供する： seika-surumeika-1.pdf
07	海況予測システムFRA-JCOPE FRA-JCOPE HP： http://ben.nrifs.affrc.go.jp/ 水産総合研究センター中央水産研究所 (数値漁海況予測の実現と水産資源変動要因の解明に向けて) 　FRA-JCOPEでは日本周辺の太平洋域の水温，塩分，流れをスーパーコンピュータを利用して推定･予測し，出力は，マイワシ，カタクチイワシ，マサバ，サンマなどの漁場予測，大型クラゲなどの有害生物の来遊予測，水産資源の変動要因の解明に活用されます。成果パネル（PDF:261KB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・衛星データ（NOAA 海面水温データ）・高速メモリアクセス演算システム（SX-9, 数値海況予測）
06	高温期利用に向けた超低コストハウスの換気設計 http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/laboratory/nkk/2007/nkk07-11.html 農研機構農村工学研究所 (スーパーコンピューターを利用した温室の環境調節手法の最適化) 　夏季は温室（ハウス）の中が高温になるため、一般には作物生産ができなくなります。この問題の解決のため、温室の換気窓の開閉をシミュレーションすることにより換気方法を改良し、室内の気温を下げることができれば作物の生産期間を延長することができ、温室の経営が有利になります。成果パネル（PDF:273KB）利用資源・アプリケーションサーバ（流体解析アプリケーション FLUENT）
05	気象予測データを基にした農作物被害軽減情報ウェブシステム農研機構東北農業研究センター　気象観測データ及び予測データを用いて、農作物生育予測情報、深水管理情報、葉いもち発生予察情報、水稲高温障害予測情報等を発信するウェブシステムを開発しました。本システムは、生産関係者が行う農業気象災害軽減のための栽培管理を支援します。成果パネル（PDF:236KB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・アプリケーションサーバ（統計解析ソフトウェア SAS）・バーチャルラボシステム
04	インターネットを利用した農業技術体系データベース・システム農研機構中央農業総合研究センター　インターネットで簡単な操作により、農業経営のシミュレーションができます。成果パネル (PDF:464KB）利用資源・青果物市況情報・バーチャルラボシステム
03	シミュレーションモデルによる長距離移動性害虫の飛来予測システム農研機構中央農業総合研究センター　水稲で坪枯れを引き起こすイネウンカ類の飛来を高精度に予測できます。成果パネル (PDF:963KB）利用資源・共通基礎数値データ（気象データ）・衛星データ（NOAA 海面水温データ）・クラスタ演算システム（数値予報モデル MM5）
02	ダイズ種子プロテオームデータベース農業・食品産業技術総合研究機構作物研究所・ダイズの植物体のタンパク質を、生育時期別、部位別、細胞内小器官別に抽出・解析し、ダイズプロテオームデータベースとして公開しました。・このデータベースを用いることによって、ダイズ生育初期の湿害発生に関与する複数の遺伝子候補が特定できました。ダイズの湿害発生機構の解明研究に大きく貢献すると期待されます。成果情報 http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/laboratory/nics/2008/nics08-02.html 利用資源・バーチャルラボシステム
01	モデル結合型作物気象データベース(MeteoCrop DB) 農業環境技術研究所・地球温暖化などの気候変動がイネ生産に及ぼす影響を推定するための気象データベース『MeteoCrop DB』を公開。・アメダスの気象データに加えて、気候変動がイネの生育に及ぼす影響の予測や評価に必要な水田の微気象環境のデータを供給。・データベースから得られるデータを解析することで温暖化対策技術の開発などに貢献。利用資源・バーチャルラボシステム